電子校準(zhǔn)微波模塊結(jié)構(gòu)改進設(shè)計研究

摘 要：文章首先對電子校準(zhǔn)微波模塊的失效原因進行分析，在解決故障問題基礎(chǔ)上并考慮產(chǎn)品的系列化及通用化設(shè)計，提出電子校準(zhǔn)微波模塊結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計方案并驗證了該方案的可行性。

關(guān)鍵詞：電子校準(zhǔn)微波模塊；結(jié)構(gòu)；改進設(shè)計

引言

網(wǎng)絡(luò)分析儀是常用的電子測試測量儀器之一，其中校準(zhǔn)件是網(wǎng)絡(luò)分析儀的重要選件。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析儀不同的校準(zhǔn)方式，校準(zhǔn)件可分為電子校準(zhǔn)件和機械校準(zhǔn)件兩種。與傳統(tǒng)的機械校準(zhǔn)件相比，電子校準(zhǔn)件可自動切換校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，簡化操作人員更換校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的操作步驟，從而大大節(jié)省校準(zhǔn)時間，同時也避免了因人為操作帶來的不確定因素[1]。目前，電子校準(zhǔn)件與網(wǎng)絡(luò)分析儀主機配套同步發(fā)展，形成了網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)與測試的完整解決方案。

電子校準(zhǔn)件主要由機殼、控制板和電子校準(zhǔn)微波模塊三部分構(gòu)成，如圖1所示。文章通過解決部分電子校準(zhǔn)微波模塊出現(xiàn)的故障問題并考慮產(chǎn)品的系列化及通用化設(shè)計，對電子校準(zhǔn)微波模塊結(jié)構(gòu)進行了改進設(shè)計。改進設(shè)計方案采用全新設(shè)計的微波模塊結(jié)構(gòu)，大大提高了電子校準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)連接可靠性，為電氣指標(biāo)的可靠性提供必要保障，同時改進后的零部件便于生產(chǎn)加工與裝配，實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化及通用化設(shè)計，對產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)具有十分重要的指導(dǎo)意義。

圖1 電子校準(zhǔn)件（10MHz-26.5GHz）結(jié)構(gòu)示意圖

1 電子校準(zhǔn)微波模塊失效原因分析

電子校準(zhǔn)件為精密手持式儀器，在運輸、移動過程中雖然要求采取必要的保護措施，但為進一步提高產(chǎn)品的可靠性，產(chǎn)品需進行整機振動與沖擊試驗。在某批次試驗中，部分電子校準(zhǔn)微波模塊出現(xiàn)故障，影響正常使用，通過進一步的裝配調(diào)試與測試，并結(jié)合前期的設(shè)計分析，初步確定故障原因為安裝螺釘松動而非零件自身變形。文章在解決該故障問題的基礎(chǔ)上并考慮產(chǎn)品系列化及通用化對電子校準(zhǔn)微波模塊的結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計，文中以使用頻率范圍為（10MHz-26.5GHz）的電子校準(zhǔn)微波模塊為例，因微波模塊自身結(jié)構(gòu)的對稱性，文章取微波模塊的1/2作為研究對象，圖2為改進設(shè)計前電子校準(zhǔn)微波模塊結(jié)構(gòu)圖。

圖2 改進設(shè)計前電子校準(zhǔn)微波模塊結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，改進設(shè)計前電子校準(zhǔn)微波模塊為一體式結(jié)構(gòu)，主要由腔體、轉(zhuǎn)接器、墊片和安裝螺釘組成。具備對外連接功能的轉(zhuǎn)接器與腔體之間通過安裝螺釘固定，圖2中所示基準(zhǔn)面不僅為轉(zhuǎn)接器與腔體的裝配基準(zhǔn)面，也是電氣連接基準(zhǔn)面，因此轉(zhuǎn)接器與腔體間連接的可靠性對整個微波模塊的電氣性能具有非常重要的影響。圖中所示基準(zhǔn)面處外導(dǎo)體與腔體開孔徑向為間隙配合連接，當(dāng)安裝螺釘出現(xiàn)松動時，該處轉(zhuǎn)接器外導(dǎo)體軸向與腔體不能緊密結(jié)合，從而會引起電氣性能失效。

電子校準(zhǔn)微波模塊在運輸移動、過程中若發(fā)生意外，則主要受翻轉(zhuǎn)力矩作用，圖3為電子校準(zhǔn)模塊受力示意圖，引起安裝螺釘松動的原因可從以下幾個方面進行分析：

（1）與轉(zhuǎn)接器各外導(dǎo)體之間的螺紋連接結(jié)構(gòu)相比，安裝螺釘?shù)穆菁y尺寸較小，緊固性能較差，因此安裝螺釘與腔體連接處屬于電子校準(zhǔn)模塊的結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域，當(dāng)受外部翻轉(zhuǎn)力矩作用時，易先出現(xiàn)松動現(xiàn)象。

（2）如圖3所示，沿x軸方向，安裝螺釘關(guān)于y軸對稱分布，在翻轉(zhuǎn)力矩My作用下，受力較均勻；沿y軸方向，安裝螺釘僅單排分布，在翻轉(zhuǎn)力矩Mx作用下，受力不均勻，當(dāng)外界力矩較大時，會漸漸克服安裝螺釘與腔體螺紋之間的摩擦力，較易產(chǎn)生松動現(xiàn)象。

（3）改進設(shè)計前的結(jié)構(gòu)方案，要求墊片應(yīng)具有良好的彈性，一旦彈性失效，外導(dǎo)體（安裝螺釘處）與腔體之間就會產(chǎn)生間隙；若墊片采用剛性材料，因設(shè)計方案及加工工藝限制，外導(dǎo)體（安裝螺釘處）與腔體之間始終存在間隙，此情況下對裝配工藝要求較高，轉(zhuǎn)接器初始緊固時易出現(xiàn)受力不均，在翻轉(zhuǎn)力矩My作用下，安裝螺釘也較易產(chǎn)生松動現(xiàn)象。

2 電子校準(zhǔn)微波模塊改進設(shè)計方案

通過對電子校準(zhǔn)微波模塊失效原因的分析研究，在解決上述故障問題的基礎(chǔ)上綜合考慮產(chǎn)品系列化、通用化設(shè)計要求，文章提出一種全新的改進設(shè)計方案，提高了微波模塊結(jié)構(gòu)連接的可靠性，從而為電氣指標(biāo)的可靠性提供必要保障，同時該方案對產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)具有十分重要的指導(dǎo)意義，圖4為改進設(shè)計后電子校準(zhǔn)微波模塊結(jié)構(gòu)圖。

圖4 改進設(shè)計后電子校準(zhǔn)微波模塊結(jié)構(gòu)圖

如圖4所示，改進設(shè)計后電子校準(zhǔn)微波模塊為分體式結(jié)構(gòu)，主要包括腔體、轉(zhuǎn)接器、轉(zhuǎn)接組件、墊片、法蘭和安裝螺釘。從功能角度來講，原轉(zhuǎn)接器等效于轉(zhuǎn)接組件與現(xiàn)轉(zhuǎn)接器組合；法蘭起固定和導(dǎo)向作用，其與轉(zhuǎn)接組件、轉(zhuǎn)接器之間均為螺紋連接，徑向可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)接組件和轉(zhuǎn)接器之間配合連接的同心度由其本身配合零件決定；轉(zhuǎn)接組件和轉(zhuǎn)接器在軸向的裝配緊固則由法蘭實現(xiàn)，因法蘭與外導(dǎo)體的螺紋尺寸較大，連接可靠性較高。

通過上節(jié)對安裝螺釘松動原因的分析，文章主要從以下幾個方面進行改進設(shè)計：

（1）轉(zhuǎn)接組件與腔體之間為螺紋連接，螺紋尺寸較大，同時涂螺紋鎖固劑，提高了圖中所示基準(zhǔn)面處微帶轉(zhuǎn)接部分的可靠性，相比前設(shè)計方案具有很大優(yōu)勢。

（2）因模塊整體體積要求限制，暫無法更改安裝螺釘?shù)某叽缫?guī)格。結(jié)合前設(shè)計方案模塊的受力分析研究，改進設(shè)計方案中增加安裝螺釘?shù)臄?shù)量，安裝螺釘雙排分布且分別關(guān)于x、y軸對稱分布，減小了每個螺釘所受的載荷，提高了法蘭與腔體連接的可靠性。

（3）法蘭與腔體之間的墊片主要起隔熱作用，結(jié)構(gòu)改為一體式，材料選用聚酰亞胺，硬度較高，法蘭整體與腔體之間可緊密貼合，大大提高連接可靠性。

（4）電子校準(zhǔn)件屬于精密儀器，模塊采用分體式結(jié)構(gòu)降低了部分零件的加工難度，提高了零部件（如墊片、法蘭、轉(zhuǎn)接組件等）的通用性及整體可拆裝性，便于維修，利于模塊化生產(chǎn)，降低設(shè)計及生產(chǎn)成本。

3 改進設(shè)計方案驗證

與原方案相比，改進設(shè)計后的電子校準(zhǔn)微波模塊結(jié)構(gòu)變化較大，整體結(jié)構(gòu)由一體式更改為分體式，提高了零部件的通用性，在此基礎(chǔ)上再通過增加安裝螺釘數(shù)量及改變螺釘?shù)姆植嘉恢脕硖岣吣K結(jié)構(gòu)連接的可靠性。通過對改進設(shè)計后電子校準(zhǔn)模塊樣機進行裝配、調(diào)試測試以及必要的環(huán)境試驗，驗證得知該電子校準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)連接的可靠性得到明顯改善，充分驗證了此改進設(shè)計方案的可行性。改進設(shè)計后的電子校準(zhǔn)微波模塊兩側(cè)轉(zhuǎn)接器安裝尺寸均相同，僅需要自主選擇不同接口形式的轉(zhuǎn)接器即可實現(xiàn)對外不同的連接方式。

4 結(jié)束語

電子校準(zhǔn)微波模塊結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計，既提高了自身結(jié)構(gòu)連接的可靠性，為電氣指標(biāo)的穩(wěn)定提供保障，同時又簡化了各零部件的生產(chǎn)、加工與裝配工藝流程，提高了各零部件的通用性，一定程度上實現(xiàn)了電子校準(zhǔn)件產(chǎn)品的系列化及通用化設(shè)計，有利于降低生產(chǎn)成本，便于批量生產(chǎn)。

參考文獻

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作者簡介：王進軍（1987-），男，工程師，主要從事微波模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。